Artiste de la représentation de la collision des étoiles à neutrons de déchiquetage de l’espace-temps, la production des ondes d’ondes gravitationnelles. Crédit: la NASA.
David Reitze, directeur exécutif de l’LIGO Laboratoire, a pris la parole à la Presse Nationale Bâtiment à Washington, DC, ce matin, et dit les mots que nous avons tous été d’attente sont sur les dents pour entendre: “Nous avons découvert des ondes gravitationnelles.” Et un auditorium bondé dans Caltech Cahill bâtiment à Pasadena où les gens s’étaient rassemblés pour regarder la diffusion en direct—a éclaté sauvages, des applaudissements.
Des scènes semblables étaient susceptibles de jouer au MIT, à Livingston, Louisiane, dans Hanford (Washington), et en Europe, parce que LIGO est de 1 milliard de dollars collaboration internationale avec des centaines de scientifiques. Et ce moment a été de 100 ans dans la fabrication. Einstein a prédit l’existence d’ondes gravitationnelles avec sa théorie de la relativité générale en 1915, et les physiciens découvert des preuves indirectes dans les années 1970 et 1980. Mais la détection directe est révélé difficile jusqu’à maintenant. Et l’histoire d’ondes gravitationnelles et ce qu’ils sont en mesure de nous dire, c’est que commencer.
Voici comment ça s’est passé. Le 14 septembre, 2015 à 5:51 HNE, le LIGO détecteurs à Livingston et de Hanford à la fois ramassé des signaux en quelques millisecondes les uns des autres. Les formes d’onde de ces signaux correspondent étroitement les prédictions des simulations (voir à gauche).
C’est comme une empreinte numérique, qui s’apparente à de la désintégration des signatures de haute énergie utilisé par les physiciens pour identifier les particules subatomiques produites dans les collisions au Grand Collisionneur de Hadrons. Et c’est exactement ce que vous attendez à trouver dans vos données, si deux trous noirs, environ 30 masses solaires (qui est 30 fois plus grande que notre Soleil), en spirale à l’intérieur, vers chaque autre et fusionner dans une collision massive de l’événement, l’envoi de puissantes ondes de choc de l’extraction à travers l’espace-temps, ce sont près de 1,3 milliards d’années.
Il était très propre, en fait, que Reitze inquiet, c’était trop beau pour être vrai. Donc n’Alan Weinstein, qui est à la tête de LIGO Caltech. Après tout, dans la phase opérationnelle de LIGO, chefs de projet, avait délibérément inséré faux signaux de données pour tester la rigueur de l’analyse. Même si ses collègues lui a assuré que ce nouveau signal n’était pas un soi-disant “à l’insu de l’injection” de l’exercice, Weinstein ne pouvais pas y croire. Il se demandait si c’était l’œuvre d’un mécontent membre de la LIGO équipe de l’injection d’un faux signal dans les données comme la vengeance.
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Ou peut-être que c’était l’oeuvre d’un mauvais génie. “Nous ne pouvons pas écarter le mauvais génie hypothèse,” il deadpanned au cours d’une Caltech conférence de presse. “Nous faisons de notre mieux pour écarter le mauvais génie de l’hypothèse. Mais j’aime à penser binaire trou noir de collision est plus probable.”
À partir d’un seul signal seul, les physiciens pourraient en déduire la masse des trous noirs par l’étude de la fréquence (l’un était de 29 de masses solaires, les 36 autres masses solaires). Après la fusion, le nouveau trou noir qui manquait à peu près de 3 masses solaires émis dans une puissante explosion d’ondes gravitationnelles. Imaginez trois de nos Soleils soudain anéantir et vous aurez une idée de la quantité d’énergie que nous parlons ici. L’étude de l’amplitude dit la collision s’est passé quelque 1,3 milliard d’années-lumière dans l’hémisphère sud.
“Imaginez votre vie vous avait été sourds jusqu’à ce qu’un jour votre audience a été restauré.”
Ainsi, non seulement est-ce la première détection directe des ondes gravitationnelles, c’est aussi la première preuve que les binaires trou noir de systèmes existent réellement. Et tout cela est venu de données au cours d’une ingénierie de courir à droite après la mise à niveau Advanced LIGO est apparue en ligne. Il n’est pas encore la chasse à pleins de sensibilité encore. Lorsque cela se produit, les physiciens s’attendre à voir beaucoup plus de tels événements, en leur donnant une nouvelle fenêtre sur la façon dont l’univers fonctionne. En fait, Weinstein a déclaré que 12 autres LIGO-documents connexes devrait être publié d’ici la fin d’aujourd’hui.
Que fait LIGO “un nouvel instrument pour observer une nouvelle forme de rayonnement venu du ciel”, a déclaré Bill Weber, un physicien à l’Universita di Trento et membre de l’LISA Pathfinder collaboration.
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“La première détection est très important en termes de physique fondamentale à cause de ce qu’il dit à propos de la gravité, mais il ouvre également une fenêtre sur ce qui a déjà été l’univers sombre”, a déclaré Avery Broderick, un physicien à l’Institut Perimeter et l’Université de Waterloo, au Canada. “Pendant des siècles, les astronomes ont été à la recherche vers le ciel de la nuit et de penser à la lumière de l’univers. Maintenant, nous allons obtenir notre premier regard sur le côté sombre. Il y a toutes les raisons de croire qu’il sera tout aussi riche et passionnant.”
Pensez à le potentiel révolutionnaire de cette façon: chaque fois que les astronomes ont regardé notre univers dans une autre longueur d’onde de la lumière avec des rayons x, infrarouge, radio, ou les rayons gamma,—ils ont découvert des aspects que nous n’aurions pas autrement vu. Les ondes gravitationnelles ne devrait pas être différent, qu’avec quelque chose de plus proche du son que de la lumière. Maintenant, en plus de regarder notre univers, nous pouvons l’écouter. Jorge Cham de PhD Comics avec tant d’éloquence de le mettre dans sa illustré explainer, “Imaginez votre vie vous avait été sourds jusqu’à ce qu’un jour votre audience a été restauré.”
La principale différence est que, bien que le son nécessite un moyen de voyager, ondes gravitationnelles déplacer le moyen—dans ce cas, l’espace-temps lui-même. “Ils ont littéralement de squash et d’étirer le tissu de l’espace-temps,” Chiara Mingarelli, une onde gravitationnelle astrophysicien à Caltech, dit Gizmodo. À nos oreilles, les ondes détectées par LIGO ressembler à un chirp (“woo-POO”).
Exactement comment est cette révolution qui va se passer? Eh bien, LIGO a actuellement deux détecteurs, agissant comme des “oreilles” pour les scientifiques, avec plus de détecteurs entreront en ligne dans l’avenir. Et tandis que LIGO peut avoir obtenu d’abord en termes de détection directe—franchement, il a toujours été prévu de le faire—ce n’est pas le seul jeu en ville. Il n’y a plus d’un type d’onde gravitationnelle. En fait, il y a tout un spectre, un peu comme il ya beaucoup de différents types de lumière, de différentes longueurs d’onde dans le spectre électromagnétique. Donc, il y a d’autres collaborations adaptées pour chasser les ondes à des fréquences au-delà de ce LIGO est conçu pour détecter (de l’ordre de la milliseconde régime).
Crédit: NanoGRAVMingarelli fonctionne avec le NanoGRAV (Amérique du Nord Nanohertz Observatoire d’Ondes Gravitationnelles) la collaboration, la partie d’un plus grand consortium international qui comprend également l’Européenne Pulsar Timing Tableau et le Parkes Pulsar Timing Tableau en Australie. Comme son nom l’indique, NanoGRAV les scientifiques sont à la chasse à très basse fréquence, les ondes gravitationnelles dans l’1 à 10 nanohertz régime; LIGO la sensibilité est de l’ordre du kilohertz (audible) portion du spectre. Qui fait de très grandes longueurs d’onde; en fait, il faudrait dix ans pour achever un cycle unique.
La collaboration repose sur pulsar données recueillies par l’Observatoire Arecibo à Puerto Rico et le Green Bank Telescope en Virginie de l’Ouest. Les Pulsars sont essentiellement des étoiles à neutrons en rotation rapide, formé quand les étoiles plus massives que le Soleil exploser et de s’effondrer vers l’intérieur. Ils tournent plus vite et plus vite ils se rétrécir, comme un poids lourd sur la fin d’un câble qui va de swing plus rapide et plus rapide, la plus courte de la corde devient.
Ils libèrent également les puissants tirs de rayonnement de faire la rotation, tout comme le faisceau d’un phare, qui sont détectés comme des impulsions de lumière de retour sur Terre. Et ceux périodique rotations sont d’une remarquable précision—jusqu’à très récemment, aussi précis qu’une horloge atomique. Cela fait d’eux un idéal cosmique détecteur d’ondes gravitationnelles. En fait, la première preuve indirecte est venue de l’étude des pulsars en 1974, lorsque Joseph Taylor, Jr et Russell Hulse trouvé qu’un pulsar en orbite autour d’une étoile à neutrons a été réduite lentement au fil du temps—un effet, on s’attendrait à voir si c’était de convertir une partie de sa masse, de l’énergie sous forme d’ondes gravitationnelles.
Dans le cas de NanoGRAV, l’arme serait une sorte d’effet chatoyant. Les impulsions doivent arriver en même temps, mais si elles sont frappées par une onde gravitationnelle, ils vont arriver un peu plus tôt ou plus tard, parce que l’espace-temps rétractable ou extensible que l’onde traverse.
Pulsar calendrier des tableaux (Apt) sont particulièrement sensibles aux ondes gravitationnelles produites par la fusion de trous noirs supermassifs un milliard de dollars ou dix milliards de fois la masse de notre Soleil, comme ceux qu’on croyait se cachent au centre de la plupart des galaxies massives. Si deux de ces galaxies en fusion, et les trous noirs dans leurs centres, en émettant des ondes gravitationnelles. “LIGO voit la fin de la fusion lorsque les fichiers binaires sont très proches”, a déclaré Mingarelli. “Avec les Ape, nous voudrions les voir plus tôt dans la spirale de la phase, quand ils commencent tout juste à tourner en orbite autour les uns des autres.”
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Puis il y a l’espace de mission connus comme LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Liée à la terre LIGO est idéal pour se détacher des ondes de gravité équivalente à l’homme la partie audio du spectre de la nature produite par la nouvellement découvert binaire trou noir fusion. Mais de nombreuses sources intéressantes de ces ondes à basses fréquences. Donc, les physiciens ont d’aller dans l’espace pour les détecter. Le principal objectif de la présente LISA Pathfinder mission (lancé en décembre) est de valider la technologie du détecteur. “Avec LIGO, vous pouvez éteindre l’instrument, le crack ouvrir le vide, et corriger la situation”, a déclaré MIT Scott Hughes. “Si tu vis dans l’espace, vous êtes mort. Vous avez pour obtenir tout droit de l’obtenir-aller.” Comme Gizmodo est Maddie Pierre écrit en décembre:
[LISA] l’objectif est simple: à l’aide du laser interféromètres, le vaisseau spatial va tenter de mesurer avec précision la position relative de deux 1.8 pouces or-platine cubes en chute libre. Logé dans séparée de l’électrode de boîtes à seulement 15 pouces de distance, les objets de test seront à l’abri du vent solaire et toutes les autres forces extérieures, telles que les minuscules mouvements causés par les ondes gravitationnelles peut (je l’espère) être détecté.
Enfin, il y a deux expériences visant à cibler les empreintes laissées par les ondes gravitationnelles primordiales dans le rayonnement de fond cosmologique (la rémanence de la Big Bang): BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarisation 2) et le satellite Planck mission. BICEP2 célèbre pour avoir déclaré qu’il avait trouvé de tels éléments de preuve, en 2014, seul à avoir ses espoirs dégonflé quand ces signaux s’est avéré être dû à de la poussière cosmique.
Mais ces deux collaborations sont la poursuite de la chasse, dans l’espoir de faire la lumière sur l’histoire des débuts de notre univers—et j’espère que de fournir la confirmation d’une clé de prédiction de la théorie inflationniste. Cette théorie prédit que, peu de temps après sa naissance, l’univers a subi une rapide poussée de croissance qui devrait avoir produit de puissantes ondes gravitationnelles, laissant une empreinte dans le CMB, sous la forme d’un groupe spécial de l’orientation de la lumière ondes (polarisation).
Chacun de ces quatre ondes gravitationnelles régimes donnera les astronomes quatre nouvelles fenêtres sur l’univers.
Mais nous savons ce que vous êtes tous vraiment penser—sûrement maintenant, il est temps de tirer jusqu’à la courbure des lecteurs, bébé! Le LIGO découverte de dire que nous devrions tous vous inscrire pour la Star de la Flotte de la semaine prochaine? “Je pense que la réponse est clairement “non”,” Il a dit. “Mais le mieux nous comprendre la gravité, le mieux que nous pouvons imaginer d’essayer de concevoir une telle chose. C’est ce que les scientifiques ne. Nous avons à comprendre comment l’univers fonctionne, alors nous pouvons optimiser notre capacité à se plier à notre volonté au sein de cet ensemble de règles.”
Donc…. vous dites qu’il y a de la chance. Faire en sorte.
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Maddie Pierre contribué à ce reportage de cet article.